JPH1197559A - Ferroelectric memory cell, method for driving the same and memory device - Google Patents

Ferroelectric memory cell, method for driving the same and memory device

Info

Publication number
JPH1197559A
JPH1197559A JP9253792A JP25379297A JPH1197559A JP H1197559 A JPH1197559 A JP H1197559A JP 9253792 A JP9253792 A JP 9253792A JP 25379297 A JP25379297 A JP 25379297A JP H1197559 A JPH1197559 A JP H1197559A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
memory cell
ferroelectric
voltage
impurity diffusion
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP9253792A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaki Aoki
正樹 青木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP9253792A priority Critical patent/JPH1197559A/en
Publication of JPH1197559A publication Critical patent/JPH1197559A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric memory cell which can be suitably made in a high integration. SOLUTION: A gate laminated structure is formed on a region of a part of a substrate having a semiconductor surface layer. The gate laminated structure is made to a gate insulating film, a floating gage conductive film 5, a ferroelectric film 6 and a control gate electrode 7, and all the layers are laminated sequentially in the order described above from a side of the substrate. Two impurity diffusion regions are provided at both side of the gate laminated structure of the semiconductor surface layer of the substrate. A vertically projected image of the floating gate conductive film 5 toward the substrate surface is partly overlapped with one impurity diffusion region. Assuming that CFD is a capacitance between the floating gate conductive film 5 and one impurity diffusion region, Cf is a capacitance of the ferroelectric film. Then, a coupling ratio CFD/(CFD+Cf ) becomes 0.2 or more.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体メモリセ
ル及びメモリ装置に関し、特に金属−強誘電体−金属−
絶縁体−半導体(MFMIS)構造の強誘電体メモリセ
ル及びメモリ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory cell and a memory device, and more particularly, to a metal-ferroelectric-metal.
The present invention relates to a ferroelectric memory cell having an insulator-semiconductor (MFMIS) structure and a memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5を参照して、従来のMFMIS構造
の強誘電体メモリセルの構造及び動作原理について説明
する。
2. Description of the Related Art The structure and operating principle of a conventional MFMIS structure ferroelectric memory cell will be described with reference to FIG.

【0003】図5(A)は、従来のMFMIS構造の強
誘電体メモリセルの断面図を示す。接地されたp型シリ
コン基板101の表面層にチャネル領域101が画定さ
れ、その両側にそれぞれn+ 型のソース領域102S及
びドレイン領域102Dが形成されている。チャネル領
域101の上に、ゲート絶縁膜103、フローティング
ゲート導電膜104、強誘電体膜105、及び制御ゲー
ト電極106が積層されている。
FIG. 5A is a cross-sectional view of a conventional MFMIS structure ferroelectric memory cell. A channel region 101 is defined in a surface layer of a grounded p-type silicon substrate 101, and an n + -type source region 102S and a drain region 102D are formed on both sides thereof. A gate insulating film 103, a floating gate conductive film 104, a ferroelectric film 105, and a control gate electrode 106 are stacked on the channel region 101.

【0004】この1つのトランジスタにより、1ビット
の情報を記憶することができる。以下、書込処理につい
て説明する。制御ゲート電極106に、強誘電体膜10
5の分極を反転させるのに十分な正の電圧を印加し、そ
の後接地電位に戻す。このとき、強誘電体膜105に下
向きの残留分極が生ずる。この残留分極のために、シリ
コン基板100の表面に負電荷が誘起されて、チャネル
領域101に反転層が形成される。このため、トランジ
スタは導通状態になる。
[0004] One bit of information can be stored by this one transistor. Hereinafter, the writing process will be described. The control gate electrode 106 has a ferroelectric film 10
5. Apply a positive voltage sufficient to reverse the polarization of 5 and then return to ground potential. At this time, downward residual polarization occurs in the ferroelectric film 105. Due to the remanent polarization, negative charges are induced on the surface of the silicon substrate 100, and an inversion layer is formed in the channel region 101. Thus, the transistor is turned on.

【0005】図5(B)に示すように、制御ゲート電極
106に、強誘電体膜105の分極を反転させるのに十
分な負の電圧を印加し、その後接地電位に戻す。このと
き、強誘電体膜105に上向きの残留分極が生じ、チャ
ネル領域101に形成されていた反転層が消滅する。こ
のため、トランジスタは非導通状態になる。
As shown in FIG. 5B, a negative voltage sufficient to invert the polarization of the ferroelectric film 105 is applied to the control gate electrode 106, and thereafter, is returned to the ground potential. At this time, upward remanent polarization occurs in the ferroelectric film 105, and the inversion layer formed in the channel region 101 disappears. Thus, the transistor is turned off.

【0006】このように、制御ゲート電極106に接地
電位を印加している状態で、トランジスタを導通状態と
非導通状態のいずれかの状態に保持することができる。
導通状態と非導通状態を1と0に対応させることによ
り、1ビットの情報を記憶することができる。このトラ
ンジスタのソース、ドレイン間に電圧を印加し、導通状
態を検出することにより、記憶された情報を読みだすこ
とができる。
As described above, while the ground potential is being applied to the control gate electrode 106, the transistor can be held in either the conductive state or the non-conductive state.
By associating the conductive state and the non-conductive state with 1 and 0, one-bit information can be stored. By applying a voltage between the source and the drain of the transistor and detecting the conduction state, stored information can be read.

【0007】図6は、MFMIS構造のトランジスタを
行列状に配置した強誘電体メモリ装置の等価回路図の一
例を示す。1つのMFMIS構造のトランジスタにより
1メモリセルが構成される。図6は、トランジスタを2
行2列に配置された場合を示している。
FIG. 6 shows an example of an equivalent circuit diagram of a ferroelectric memory device in which transistors of the MFMIS structure are arranged in a matrix. One memory cell is formed by one transistor having the MFMIS structure. FIG.
This shows a case in which they are arranged in two rows and two columns.

【0008】1行目及び2行目のトランジスタの制御ゲ
ート電極が、それぞれワード線WL 1 及びWL2 に接続
されている。1行目及び2行目のトランジスタのソース
領域が、それぞれソース線SL1 及びSL2 に接続され
ている。1列目及び2列目のトランジスタのドレイン領
域が、それぞれビット線BL1 及びBL2 に接続されて
いる。各トランジスタのチャネル領域は、対応するドレ
イン領域に接続されている。
The control gates of the transistors on the first and second rows are
The gate electrodes are respectively connected to the word lines WL 1And WLTwoConnect to
Have been. Sources of transistors in first and second rows
The region is the source line SL1And SLTwoConnected to
ing. Drain area of transistors in first and second columns
Area is bit line BL1And BLTwoConnected to
I have. The channel region of each transistor is
In area.

【0009】各ワード線は、ワード線制御回路110に
接続され、各ビット線は、ビット線制御回路111及び
検出回路112に接続され、各ソース線は、ソース線制
御回路113に接続されている。ワード線制御回路11
0、ビット線制御回路111、及びソース線制御回路1
13は、それぞれ1本のワード線、1本のビット線、及
び1本のソース線に選択的に電圧を印加することができ
る。検出回路112は、1本のビット線を選択し、その
ビット線に現れる電気信号を検出することができる。
Each word line is connected to a word line control circuit 110, each bit line is connected to a bit line control circuit 111 and a detection circuit 112, and each source line is connected to a source line control circuit 113. . Word line control circuit 11
0, bit line control circuit 111, and source line control circuit 1
Reference numeral 13 can selectively apply a voltage to one word line, one bit line, and one source line, respectively. The detection circuit 112 can select one bit line and detect an electric signal appearing on the bit line.

【0010】書き込み時には、書き込むべきメモリセル
に対応するワード線とビット線との間に十分な電圧を印
加し、当該メモリセルの強誘電体膜の分極状態を所望の
状態にする。読み出し時には、読み出すべきメモリセル
に対応するソース線とビット線との間の導通状態を検出
する。
At the time of writing, a sufficient voltage is applied between a word line and a bit line corresponding to a memory cell to be written, and the ferroelectric film of the memory cell is brought into a desired polarization state. At the time of reading, a conduction state between a source line and a bit line corresponding to a memory cell to be read is detected.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】図6に示す強誘電体メ
モリ装置では、ビット線を選択することにより、特定の
列のメモリセルのチャネル領域に電圧を印加する。この
ため、メモリセルのチャネル領域相互間を列ごとに電気
的に分離する必要がある。この分離構造を採用する必要
があるため、メモリ装置の高集積化が困難になる。
In the ferroelectric memory device shown in FIG. 6, a voltage is applied to a channel region of a memory cell in a specific column by selecting a bit line. Therefore, it is necessary to electrically separate the channel regions of the memory cells from each other for each column. Since it is necessary to adopt this separation structure, it is difficult to highly integrate the memory device.

【0012】本発明の目的は、高集積化に適した強誘電
体メモリセルを提供することである。
An object of the present invention is to provide a ferroelectric memory cell suitable for high integration.

【0013】本発明の他の目的は、高集積化に適した強
誘電体メモリ装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a ferroelectric memory device suitable for high integration.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、半導体表面層を有する基板と、前記基板の半導体表
面層の一部の領域上に形成され、基板側から順にゲート
絶縁膜、フローティングゲート導電膜、強誘電体膜、及
び制御ゲート電極が積層されたゲート積層構造と、前記
基板の半導体表面層のうち前記ゲート積層構造の両側の
領域にそれぞれ形成された2つの不純物拡散領域であっ
て、前記フローティングゲート導電膜の基板表面への垂
直投影像と一方の不純物拡散領域とが一部において相互
に重なるように配置された2つの不純物拡散領域とを有
し、前記フローティングゲート導電膜と前記一方の不純
物拡散領域との間の静電容量をCFD、前記強誘電体膜の
静電容量すなわち前記制御ゲート電極と前記フローティ
ングゲート導電膜との間の静電容量をCf としたとき、
カップリング比CFD/(CFD+Cf )が0.2以上にな
るように、前記強誘電体膜、前記ゲート絶縁膜、前記フ
ローティングゲート導電膜、及び前記一方の不純物拡散
領域が構成されている強誘電体メモリセルが提供され
る。
According to one aspect of the present invention, a substrate having a semiconductor surface layer and a gate insulating film and a floating film formed on a part of the semiconductor surface layer of the substrate in this order from the substrate side A gate stacked structure in which a gate conductive film, a ferroelectric film, and a control gate electrode are stacked; and two impurity diffusion regions formed in regions on both sides of the gate stacked structure in the semiconductor surface layer of the substrate. A vertical projection image of the floating gate conductive film on the substrate surface and two impurity diffusion regions arranged so that one impurity diffusion region partially overlaps with each other; The capacitance between the one impurity diffusion region and CFD , the capacitance of the ferroelectric film, that is, the control gate electrode and the floating gate conductive film When the capacitance between is C f
The ferroelectric film, the gate insulating film, the floating gate conductive film, and the one impurity diffusion region are configured so that a coupling ratio C FD / (C FD + C f ) becomes 0.2 or more. A ferroelectric memory cell is provided.

【0015】本発明の他の観点によると、半導体表面層
を有する基板と、前記基板の半導体表面層の一部の領域
上に形成され、基板側から順にゲート絶縁膜、フローテ
ィングゲート導電膜、強誘電体膜、及び制御ゲート電極
が積層されたゲート積層構造と、前記基板の半導体表面
層のうち前記ゲート積層構造の両側の領域にそれぞれ形
成された2つの不純物拡散領域であって、前記フローテ
ィングゲート導電膜の基板表面への垂直投影像と一方の
不純物拡散領域とが一部において相互に重なるように配
置された2つの不純物拡散領域とを有する強誘電体メモ
リセルの、前記制御ゲート電極と前記一方の不純物拡散
領域との間に電圧を印加し、前記強誘電体膜に残留分極
を発生させることにより、書込処理を行う強誘電体メモ
リセルの駆動方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, a substrate having a semiconductor surface layer and a gate insulating film, a floating gate conductive film, and a gate insulating film formed on a partial region of the semiconductor surface layer of the substrate in this order from the substrate side. A gate stack structure in which a dielectric film and a control gate electrode are stacked; and two impurity diffusion regions formed in both sides of the gate stack structure in a semiconductor surface layer of the substrate, wherein the floating gate The control gate electrode and the ferroelectric memory cell each having two impurity diffusion regions arranged so that a vertical projection image of the conductive film on the substrate surface and one impurity diffusion region partially overlap each other. A method of driving a ferroelectric memory cell in which a writing process is performed by applying a voltage between one of the impurity diffusion regions and generating remanent polarization in the ferroelectric film. It is provided.

【0016】フローティングゲート導電膜の基板表面へ
の垂直投影像と一方の不純物拡散領域とが一部において
相互に重なる構成としているため、制御ゲート電極と一
方の不純物拡散領域との間に印加した電圧のうち、フロ
ーティングゲート導電膜と制御ゲート電極との間の強誘
電体膜に印加される電圧分を増加させることができる。
このため、比較的低い電圧で、強誘電体膜にその抗電圧
以上の電圧を印加することができる。
Since the vertical projection image of the floating gate conductive film on the substrate surface and the one impurity diffusion region partially overlap each other, a voltage applied between the control gate electrode and the one impurity diffusion region is applied. Among them, the voltage applied to the ferroelectric film between the floating gate conductive film and the control gate electrode can be increased.
Therefore, a voltage higher than the coercive voltage can be applied to the ferroelectric film at a relatively low voltage.

【0017】カップリング比CFD/(CFD+Cf )が
0.2以上になるような構成とすることにより、強誘電
体膜に効率的に電圧を印加することができる。
By adopting a structure in which the coupling ratio C FD / (C FD + C f ) becomes 0.2 or more, a voltage can be efficiently applied to the ferroelectric film.

【0018】本発明の他の観点によると、半導体表面層
を有する基板と、前記基板の半導体表面層の一部の領域
上に形成され、基板側から順にゲート絶縁膜、フローテ
ィングゲート導電膜、強誘電体膜、及び制御ゲート電極
が積層されたゲート積層構造と、前記基板の半導体表面
層のうち前記ゲート積層構造の両側の領域にそれぞれ形
成された2つの不純物拡散領域であって、前記フローテ
ィングゲート導電膜の基板表面への垂直投影像と一方の
不純物拡散領域とが一部において相互に重なるように配
置された2つの不純物拡散領域とを有する強誘電体メモ
リセルが、該基板上に行列状に配置されたメモリセル行
列構造と、前記メモリセル行列構造の行ごとに、各行に
配置されたメモリセルの制御ゲート電極同士を接続する
ワード線と、前記メモリセル行列構造の列ごとに、各列
に配置されたメモリセルの前記一方の不純物拡散領域同
士を接続するビット線とを有する強誘電体メモリ装置が
提供される。
According to another aspect of the present invention, a substrate having a semiconductor surface layer, and a gate insulating film, a floating gate conductive film, and a gate insulating film formed on a partial region of the semiconductor surface layer of the substrate in this order from the substrate side. A gate stack structure in which a dielectric film and a control gate electrode are stacked; and two impurity diffusion regions formed in both sides of the gate stack structure in a semiconductor surface layer of the substrate, wherein the floating gate A ferroelectric memory cell having two impurity diffusion regions arranged so that a vertical projection image of a conductive film on the substrate surface and one impurity diffusion region partially overlap each other is formed in a matrix on the substrate. And a word line connecting control gate electrodes of the memory cells arranged in each row, for each row of the memory cell matrix structure, For each column in the Moriseru matrix structure, a ferroelectric memory device having a bit line connected to the one of the impurity diffusion region between the memory cells arranged in each row are provided.

【0019】ワード線のうち選択されたワード線に印加
される電圧をVW1、その他のワード線に印加される電圧
をVW2、ビット線のうち選択されたビット線に印加され
る電圧をVB1、その他のビット線に印加される電圧をV
B2としたとき、(VW1−VB1)の絶対値が、メモリセル
の強誘電体膜の自発分極の向きを変化させ得る大きさと
なり、(VW1−VB2)、(VW2−VB1)、及び(VW1
B2)の絶対値が、前記メモリセルの強誘電体膜の自発
分極の向きを変化させない大きさとなるようにワード線
及びビット線に電圧を印加すると、選択されたワード線
とビット線との交差箇所にあるメモリセルのみに対し
て、強誘電体膜の自発分極を変化させることができる。
The voltage applied to the selected word line among the word lines is V W1 , the voltage applied to the other word lines is V W2 , and the voltage applied to the selected bit line among the bit lines is V W B1 , the voltage applied to the other bit lines is V
When the B2, the absolute value of (V W1 -V B1) becomes the size capable of changing the spontaneous polarization direction of the ferroelectric film of the memory cell, (V W1 -V B2), (V W2 -V B1 ) and (V W1
When a voltage is applied to the word line and the bit line so that the absolute value of V B2 ) does not change the direction of the spontaneous polarization of the ferroelectric film of the memory cell, the voltage between the selected word line and the bit line is changed. The spontaneous polarization of the ferroelectric film can be changed only for the memory cell at the intersection.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例によるM
FMIS構造トランジスタの断面図を示す。このトラン
ジスタ1つで1つのメモリセルが構成される。p型導電
性を付与されたシリコン基板1の一部の領域上にゲート
積層構造10が形成されている。ゲート積層構造10
は、下層から順番にゲート絶縁膜4、フローティングゲ
ート導電膜5、強誘電体膜6、及び制御ゲート電極7が
積層された構造を有する。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
1 shows a cross-sectional view of an FMIS structure transistor. One transistor constitutes one memory cell. A gate laminated structure 10 is formed on a partial region of a silicon substrate 1 provided with p-type conductivity. Gate laminated structure 10
Has a structure in which a gate insulating film 4, a floating gate conductive film 5, a ferroelectric film 6, and a control gate electrode 7 are sequentially stacked from the lower layer.

【0021】ゲート絶縁膜4は、例えば厚さ10nmの
SiO2 膜であり、熱酸化により形成される。
The gate insulating film 4 is, for example, a SiO 2 film having a thickness of 10 nm, and is formed by thermal oxidation.

【0022】フローティングゲート導電膜5は、例え
ば、厚さ450nmのポリシリコン膜と厚さ50nmの
酸化イリジウム(IrO2 )膜と厚さ100nmのイリ
ジウム(Ir)膜がこの順番に積層されて構成される。
ポリシリコン膜には、リン(P)が濃度1×1020cm
-3だけドープされ、n型導電性が付与されている。
The floating gate conductive film 5 is constituted by, for example, laminating a polysilicon film having a thickness of 450 nm, an iridium oxide (IrO 2 ) film having a thickness of 50 nm, and an iridium (Ir) film having a thickness of 100 nm in this order. You.
The polysilicon film contains phosphorus (P) at a concentration of 1 × 10 20 cm.
-3 is doped to provide n-type conductivity.

【0023】ポリシリコン膜は、例えばシリコンをター
ゲットとし、Ar雰囲気中でスパッタリングすることに
より形成される。IrO2 膜は、例えばIrのターゲッ
トをArとO2 の混合雰囲気中で反応性スパッタリング
することにより形成される。Ir膜は、例えばIrのタ
ーゲットをAr雰囲気中でスパッタリングすることによ
り形成される。IrO2 膜とIr膜は、その上に良好な
ペロブスカイト構造の強誘電体膜を形成するために挿入
されたものである。また、IrO2 膜は、拡散バリア層
としても機能する。
The polysilicon film is formed by, for example, using silicon as a target and performing sputtering in an Ar atmosphere. The IrO 2 film is formed by, for example, reactively sputtering an Ir target in a mixed atmosphere of Ar and O 2 . The Ir film is formed, for example, by sputtering an Ir target in an Ar atmosphere. The IrO 2 film and the Ir film are inserted to form a ferroelectric film having a favorable perovskite structure thereon. Further, the IrO 2 film also functions as a diffusion barrier layer.

【0024】強誘電体膜6は、例えば厚さ200nmの
SrBi2 Ta2 9 (SBT)膜である。SBT膜
は、例えばゾルゲル法により形成することができる。よ
り詳細には、基板表面上に出発原料となる混合アルコキ
シド溶液をスピン塗布し、温度250℃で乾燥させる。
これを4回繰り返した後、O2 雰囲気中で温度を650
℃とし30分間の仮焼成を行う。その後、O2 雰囲気中
で温度を800℃とし、30分間の結晶化熱処理を行
う。
The ferroelectric film 6 is, for example, a 200 nm thick SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT) film. The SBT film can be formed by, for example, a sol-gel method. More specifically, a mixed alkoxide solution as a starting material is spin-coated on the substrate surface, and dried at a temperature of 250 ° C.
After repeating this four times, the temperature was increased to 650 in an O 2 atmosphere.
Temporary baking is performed at 30 ° C. for 30 minutes. After that, a crystallization heat treatment is performed for 30 minutes at a temperature of 800 ° C. in an O 2 atmosphere.

【0025】制御ゲート電極7は、下層の厚さ50nm
のIrO2 膜と上層の厚さ200nmのIr膜の2層に
より構成される。
The control gate electrode 7 has a lower layer thickness of 50 nm.
It composed of two layers of IrO 2 film and an upper thickness 200 nm Ir film.

【0026】ゲート絶縁膜4から制御ゲート電極7まで
の積層構造のパターニングは、例えばCF4 とArの混
合ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)によ
り行うことができる。
The patterning of the laminated structure from the gate insulating film 4 to the control gate electrode 7 can be performed, for example, by reactive ion etching (RIE) using a mixed gas of CF 4 and Ar.

【0027】シリコン基板1の表面層のうちゲート積層
構造10の両側にそれぞれn+ 型の不純物拡散領域3S
と3Dが形成されている。フローティングゲート導電膜
5の基板表面への垂直投影像と一方の不純物拡散領域と
が一部において相互に重なるような構成とされている。
ここでは、重なりを有する方の不純物拡散領域をドレイ
ン領域3Dと呼び、もう一方をソース領域3Sと呼ぶこ
ととする。
In the surface layer of the silicon substrate 1, n + -type impurity diffusion regions 3S are provided on both sides of the gate laminated structure 10, respectively.
And 3D are formed. The structure is such that a vertical projection image of the floating gate conductive film 5 on the substrate surface and one impurity diffusion region partially overlap each other.
Here, the overlapped impurity diffusion region is referred to as a drain region 3D, and the other is referred to as a source region 3S.

【0028】なお、ドレイン領域3Dと同様に、ソース
領域3Sもフローティングゲート導電膜5の基板表面へ
の垂直投影像と重なるような構成としてもよい。このと
き、フローティングゲート導電膜5の基板表面への垂直
投影像とドレイン領域3Dとの重なりの面積がソース領
域3Sとの重なりの面積よりも大きくなるような構成と
する。
Note that, similarly to the drain region 3D, the source region 3S may be configured to overlap the vertical projection image of the floating gate conductive film 5 on the substrate surface. At this time, the area where the vertical projection image of the floating gate conductive film 5 on the substrate surface overlaps with the drain region 3D is larger than the overlap area with the source region 3S.

【0029】ソース領域3Sは、例えばゲート積層構造
10をマスクとして、ほぼ垂直方向から加速エネルギ3
0keV、ドーズ量1×1015cm-2の条件でAsイオ
ンを注入することにより形成する。ドレイン領域3D
は、例えばゲート積層構造10をマスクとして、入射角
60°、加速エネルギ60keV、ドーズ量1×1015
cm-2の条件でAsイオンを注入することにより形成す
る。イオン注入後、活性化熱処理を行う。
The source region 3S is formed, for example, by using the gate lamination structure 10 as a mask and accelerating energy 3 from substantially vertical direction.
It is formed by implanting As ions under the conditions of 0 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . Drain region 3D
For example, using the gate laminated structure 10 as a mask, the incident angle is 60 °, the acceleration energy is 60 keV, and the dose is 1 × 10 15
It is formed by implanting As ions under the condition of cm −2 . After ion implantation, activation heat treatment is performed.

【0030】斜め方向からイオン注入することにより、
ドレイン領域3Dをゲート積層構造10の端部からその
下方にもぐり込ませることができる。このようにして、
フローティングゲート導電膜5を基板表面に垂直投影し
た像が、ドレイン領域3Dと重なるような構造が得られ
る。このような構造を得るためには、ドレイン領域3D
形成のためのイオン注入の入射角を45〜70°とする
ことが好ましい。
By ion implantation from an oblique direction,
The drain region 3D can be penetrated from the end of the gate stack structure 10 to below. In this way,
A structure is obtained in which an image obtained by vertically projecting the floating gate conductive film 5 on the substrate surface overlaps the drain region 3D. In order to obtain such a structure, the drain region 3D
It is preferable that the angle of incidence of ion implantation for formation be 45 to 70 °.

【0031】例えば、ゲート積層構造10の図の横方向
(電流の流れる方向)の長さが0.6μm、ゲート幅が
5μm、ゲート積層構造10とドレイン領域3Dとの重
なり部分の図の横方向の長さが0.3μmである。
For example, the lateral length (direction of current flow) of the gate laminated structure 10 in the drawing is 0.6 μm, the gate width is 5 μm, and the lateral direction of the overlapping portion of the gate laminated structure 10 and the drain region 3D in the drawing. Is 0.3 μm.

【0032】次に、図1に示すメモリセルへの書込方法
について説明する。ドレイン領域3Dと制御ゲート電極
7との間に電圧を印加し、強誘電体膜6内に電界を発生
させることにより、強誘電体膜6に残留分極を生じさせ
る。印加する電圧の極性により、残留分極の向きを制御
することができる。
Next, a method for writing to the memory cell shown in FIG. 1 will be described. By applying a voltage between the drain region 3D and the control gate electrode 7 to generate an electric field in the ferroelectric film 6, remnant polarization occurs in the ferroelectric film 6. The direction of the remanent polarization can be controlled by the polarity of the applied voltage.

【0033】次に、ゲート積層構造10とドレイン領域
3Dとの重なり部分の長さの好適値について考察する。
フローティングゲート導電膜5とドレイン領域3Dとの
間の静電容量をCFD、強誘電体膜6の静電容量すなわち
制御ゲート電極7とフローティングゲート導電膜5との
間の静電容量をCf 、ドレイン領域3Dと制御ゲート電
極10との間の電圧をVGDとする。このとき、強誘電体
膜6に印加される電圧Vf は、
Next, a preferred value of the length of the overlapping portion between the gate laminated structure 10 and the drain region 3D will be considered.
The capacitance between the floating gate conductive film 5 and the drain region 3D is C FD , and the capacitance of the ferroelectric film 6, that is, the capacitance between the control gate electrode 7 and the floating gate conductive film 5 is C f The voltage between the drain region 3D and the control gate electrode 10 is set to V GD . At this time, the voltage Vf applied to the ferroelectric film 6 is

【0034】[0034]

【数1】 Vf =(CFD/(CFD+Cf ))×VGD …(1) と表される。ここで、CFD/(CFD+Cf )をカップリ
ング比と呼ぶ。上記実施例で説明した寸法の場合、カッ
プリング比は約0.28となる。なお、SBTの比誘電
率を100、SiO2 の比誘電率を3.9とした。
V f = (C FD / (C FD + C f )) × V GD (1) Here, C FD / (C FD + C f ) is called a coupling ratio. In the case of the dimensions described in the above embodiment, the coupling ratio is about 0.28. The relative permittivity of SBT was 100, and the relative permittivity of SiO 2 was 3.9.

【0035】SBTの抗電界は標準値で約50kV/c
mであるから、この場合の抗電圧、すなわち強誘電体膜
の残留分極を反転させることができる最小の電圧は約1
Vになる。従って、強誘電体膜6の分極を反転させるた
めの制御ゲート電極7とドレイン領域3D間の電圧VGD
は、式(1)においてVf に1V、CFD/(CFD
f )に0.28を代入し、約3.6Vとなる。カップ
リング比が小さくなると、分極を反転させるための制御
ゲート電極7とドレイン領域3D間の電圧VGDが大きく
なる。このため、カップリング比を0.2以上とするこ
とが好ましい。カップリング比が0.2のとき、分極を
反転させるための制御ゲート電極7とドレイン領域3D
間の電圧VGDが5Vになる。
The coercive electric field of the SBT is about 50 kV / c as a standard value.
m, the coercive voltage in this case, ie, the ferroelectric film
The minimum voltage that can reverse the remanent polarization of
V. Therefore, the polarization of the ferroelectric film 6 is reversed.
V between the control gate electrode 7 and the drain region 3DGD
Is V in equation (1).f1V, CFD/ (CFD+
C f) Is substituted for 0.28, resulting in about 3.6V. cup
Control to reverse the polarization as the ring ratio decreases
Voltage V between gate electrode 7 and drain region 3DGDIs large
Become. For this reason, the coupling ratio should be 0.2 or more.
Is preferred. When the coupling ratio is 0.2, the polarization
Control gate electrode 7 for inversion and drain region 3D
Voltage V betweenGDBecomes 5V.

【0036】強誘電体膜6の厚さを200nm、比誘電
率を100、ゲート絶縁膜4の厚さを10nm、比誘電
率を3.9とした場合、カップリング比を0.2以上と
するためには、フローティングゲート導電膜5を基板表
面へ垂直投影した像とドレイン領域3Dとの重なり部分
の面積を、その像の全面積の0.32以上とする必要が
ある。フローティングゲート導電膜5の加工長が0.6
μmの場合には、この重なり部分の横方向の深さが0.
19μm以上となる。
When the thickness of the ferroelectric film 6 is 200 nm, the relative permittivity is 100, the thickness of the gate insulating film 4 is 10 nm, and the relative permittivity is 3.9, the coupling ratio is 0.2 or more. In order to achieve this, the area of the overlapping portion between the image of the floating gate conductive film 5 vertically projected on the substrate surface and the drain region 3D needs to be 0.32 or more of the total area of the image. The processing length of the floating gate conductive film 5 is 0.6
In the case of μm, the horizontal depth of the overlapping portion is 0.
It is 19 μm or more.

【0037】なお、重なり部分の横方向の深さの好適値
は、強誘電体膜の比誘電率、強誘電体膜とゲート絶縁膜
との膜厚比によって変動する。強誘電体膜として比誘電
率30のLiNbO3 、比誘電率20のYMnO3 、比
誘電率43〜75のSr2 Nb2 7 等を用いると、重
なり部分の横方向の深さをより浅くすることができる。
The preferred value of the lateral depth of the overlapping portion varies depending on the relative permittivity of the ferroelectric film and the thickness ratio between the ferroelectric film and the gate insulating film. When LiNbO 3 having a relative permittivity of 30, YMnO 3 having a relative permittivity of 20, or Sr 2 Nb 2 O 7 having a relative permittivity of 43 to 75 is used as the ferroelectric film, the lateral depth of the overlapping portion is made smaller. can do.

【0038】図1ではp型シリコン基板にMFMIS構
造のトランジスタを形成する場合を示したが、シリコン
基板の表面層にp型ウェルを形成し、このウェル内にM
FMIS構造のトランジスタを形成してもよい。
FIG. 1 shows a case in which a transistor having an MFMIS structure is formed on a p-type silicon substrate. However, a p-type well is formed in a surface layer of the silicon substrate, and an
A transistor having an FMIS structure may be formed.

【0039】図2は、図1のメモリセルを用いた強誘電
体メモリ装置の等価回路図を示す。図1に示すメモリセ
ルが行列状に配置されている。図2では、2行2列部分
を代表して示している。各メモリセルのソース領域及び
チャネル領域には、接地電位が印加されている。図1に
示すMFMIS構造トランジスタがp型ウェル内に形成
される場合には、p型ウェルを接地する。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a ferroelectric memory device using the memory cell of FIG. The memory cells shown in FIG. 1 are arranged in a matrix. FIG. 2 shows a 2-row, 2-column portion as a representative. A ground potential is applied to the source region and the channel region of each memory cell. When the MFMIS structure transistor shown in FIG. 1 is formed in a p-type well, the p-type well is grounded.

【0040】メモリセルの行列構造の各行に配置された
メモリセルの制御ゲート電極同士が行ごとにワード線W
Lにより接続されている。各ワード線は、ワード線制御
回路20に接続されている。また、各列に配置されたメ
モリセルのドレイン領域同士が列ごとにビット線BLに
より接続されている。各ビット線は、ビット線制御回路
21及び信号検出回路22に接続されている。
The control gate electrodes of the memory cells arranged in each row of the matrix structure of the memory cells are connected to the word line W for each row.
L. Each word line is connected to a word line control circuit 20. The drain regions of the memory cells arranged in each column are connected to each other by a bit line BL for each column. Each bit line is connected to a bit line control circuit 21 and a signal detection circuit 22.

【0041】ワード線制御回路20及びビット線制御回
路21は、それぞれ各ワード線WL及び各ビット線BL
に対し選択的に所定の電圧を印加することができる。信
号検出回路22は、各ビット線BLに発生した電気信号
を選択的に検出することができる。
The word line control circuit 20 and the bit line control circuit 21 correspond to each word line WL and each bit line BL, respectively.
, A predetermined voltage can be applied selectively. The signal detection circuit 22 can selectively detect an electric signal generated on each bit line BL.

【0042】次に、図3を参照して図2に示す強誘電体
メモリ装置への書込処理について説明する。図3(A)
及び(B)は、格子状に配置されたワード線とビット
線、及びその交差箇所に配置されたメモリセルを模式的
に示す。以下の説明では、強誘電体膜の分極を反転させ
るために必要な制御ゲート電極とドレイン領域との間の
抗電圧をVCCとする。
Next, the writing process to the ferroelectric memory device shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. FIG. 3 (A)
(B) schematically shows word lines and bit lines arranged in a lattice, and memory cells arranged at intersections thereof. In the following description, it is assumed that the coercive voltage between the control gate electrode and the drain region required to invert the polarization of the ferroelectric film is V CC .

【0043】図3(A)に示すn番目のワード線WLn
とm番目のビット線BLm との交差箇所に配置されたメ
モリセルに書き込む場合を考える。n番目のワード線W
nに抗電圧VCCを印加し、その他のワード線に抗電圧
CCの1/3の電圧を印加する。m番目のビット線BL
m に接地電位を印加し、その他のビット線に抗電圧V CC
の2/3の電圧を印加する。
The n-th word line WL shown in FIG.n
And the m-th bit line BLmAt the intersection with
Consider the case of writing to a molycell. nth word line W
LnCoercive voltage VCCAnd apply a coercive voltage to the other word lines.
VCCIs applied. m-th bit line BL
mAnd the coercive voltage V is applied to the other bit lines. CC
Is applied.

【0044】n行m列目のメモリセルの制御ゲート電極
とドレイン領域間には、抗電圧VCCが印加されるため、
印加電圧を解除しても強誘電体膜に所定の方向の残留分
極が残る。この場合には、図1に示す強誘電体膜6に上
向きの残留分極が残る。
Since a coercive voltage V CC is applied between the control gate electrode and the drain region of the memory cell in the n-th row and the m-th column,
Even when the applied voltage is released, residual polarization in a predetermined direction remains in the ferroelectric film. In this case, upward residual polarization remains in the ferroelectric film 6 shown in FIG.

【0045】他のメモリセルにおいては、制御ゲート電
極とドレイン領域間に、抗電圧VCCの1/3の電圧しか
印加されない。従って、強誘電体膜の残留分極の向きは
変化しない。すなわち、電圧印加前の分極状態が保持さ
れる。
In other memory cells, only one-third of the coercive voltage V CC is applied between the control gate electrode and the drain region. Therefore, the direction of the remanent polarization of the ferroelectric film does not change. That is, the polarization state before voltage application is maintained.

【0046】図3(B)は、n行m列目のメモリセルの
強誘電体膜の残留分極の向きを下向きにする場合を示
す。n番目のワード線WLn に接地電位を印加し、その
他のワード線に抗電圧VCCの2/3の電圧を印加する。
m番目のビット線BLm に抗電圧VCCを印加し、その他
のビット線に抗電圧VCCの1/3の電圧を印加する。
FIG. 3B shows a case where the direction of the remanent polarization of the ferroelectric film of the memory cell in the n-th row and the m-th column is directed downward. applying a ground potential to the n-th word line WL n, applies a 2/3 voltage of the coercive voltage V CC to the other word lines.
The coercive voltage V CC is applied to the m-th bit line BL m, applying a third voltage of the coercive voltage V CC to the other bit line.

【0047】この場合も、図3(A)の場合と同様に、
n行m列目のメモリセルにおいてのみ、制御ゲート電極
とドレイン領域間に抗電圧VCCが印加され、その他のメ
モリセルにおいては、抗電圧VCCの1/3の電圧しか印
加されない。また、n行m列目のメモリセルに印加され
る電極の向きが図3(A)の場合と逆であるため、強誘
電体膜に下向きの残留分極が発生する。
In this case, as in the case of FIG.
In n rows and m-th column of the memory cell only, the control gate electrode and between the drain region coercive voltage V CC is applied to the other in the memory cell, only 1/3 of the voltage of the coercive voltage V CC is not applied. Further, since the direction of the electrode applied to the memory cell in the n-th row and the m-th column is opposite to that in FIG. 3A, downward remanent polarization occurs in the ferroelectric film.

【0048】このように、行列状に配置されたメモリセ
ルのうち1つのメモリセルみを選択し、そのメモリセル
の強誘電体膜の分極状態を制御することができる。
As described above, it is possible to select only one of the memory cells arranged in a matrix and control the polarization state of the ferroelectric film of the selected memory cell.

【0049】なお、同一行内の複数のメモリセルまたは
同一列内の複数のメモリセルを選択してもよい。この場
合、選択されたワード線とビット線、及び選択されなか
ったワード線とビット線に印加する電圧は、上述の場合
と同様でよい。
Note that a plurality of memory cells in the same row or a plurality of memory cells in the same column may be selected. In this case, the voltages applied to the selected word lines and bit lines and the unselected word lines and bit lines may be the same as those described above.

【0050】なお、各ワード線及びビット線に印加され
る電圧を、必ずしも抗電圧VCCの1/3及び2/3にす
る必要はない。ワード線のうち選択されたメモリセルに
接続されたワード線に印加される電圧をVW1、その他の
ワード線に印加される電圧をVW2、ビット線のうち選択
されたメモリセルに接続されたビット線に印加される電
圧をVB1、その他のビット線に印加される電圧をVB2
したとき、(VW1−V B1)の絶対値が、抗電圧VCCより
も大きくなり、(VW1−VB2)、(VW2−VB1)、及び
(VW1−VB2)の絶対値が、抗電圧VCCよりも小さくな
るようにしてもよい。
Note that the voltage applied to each word line and bit line is
Voltage is not necessarily the coercive voltage VCC1/3 and 2/3 of
Need not be. To the selected memory cell of the word line
The voltage applied to the connected word line is VW1,Other
The voltage applied to the word line is VW2, Select out of bit lines
Voltage applied to the bit line connected to the memory cell
Pressure VB1And the voltage applied to the other bit lines is VB2When
When (VW1-V B1) Is the coercive voltage VCCThan
Becomes larger, and (VW1-VB2), (VW2-VB1),as well as
(VW1-VB2) Is the coercive voltage VCCSmaller than
You may make it.

【0051】次に、図4を参照して、図2に示す強誘電
体メモリ装置の読出処理について説明する。
Next, the reading process of the ferroelectric memory device shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG.

【0052】図4(A)は、各メモリセルの電流電圧特
性を示す。図中の曲線a及びbは、それぞれ図1に示す
強誘電体膜6に下向き及び上向きの残留分極が発生して
いる場合に対応する。メモリセルが曲線a及びbの状態
の場合のしきい値電圧を、それぞれVTL及びVTHとす
る。
FIG. 4A shows current-voltage characteristics of each memory cell. The curves a and b in the figure correspond to the case where downward and upward remanent polarization occurs in the ferroelectric film 6 shown in FIG. 1, respectively. The threshold voltage when the memory cell is in state of the curve a and b, respectively, and V TL and V TH.

【0053】図4(B)は、格子状に配置されたワード
線とビット線、及びその交差箇所に配置されたメモリセ
ルを模式的に示す。n行m列目のメモリセルの情報を読
み出す場合を考える。n番目のワード線WLn に、しき
い値電圧VTLとVTHとの中間の電圧VSEL を印加し、そ
の他のワード線にVTLよりも低い電圧VNSELを印加す
る。
FIG. 4B schematically shows word lines and bit lines arranged in a lattice, and memory cells arranged at the intersections. Consider a case where information of a memory cell in the n-th row and the m-th column is read. A voltage V SEL intermediate between the threshold voltages V TL and V TH is applied to the n-th word line WL n , and a voltage V NSEL lower than V TL is applied to the other word lines.

【0054】n番目のワード線に接続されたメモリセル
は、図4(A)の曲線aに相当する状態のときには導通
し、曲線bに相当する状態のときには非導通になる。ま
た、その他のワード線に接続されたメモリセルは、曲線
a及びbのいずれの状態であっても非導通になる。図2
に示すビット線制御回路21からm番目のビット線BL
m にある電気信号を与え、信号検出回路22でビット線
BLm に現れる電気信号を検出することにより、n行m
列目のメモリセルの情報を読み出すことができる。
The memory cell connected to the n-th word line is conductive when in the state corresponding to curve a in FIG. 4A, and is non-conductive when in the state corresponding to curve b. The memory cells connected to the other word lines are non-conductive in any of the states of the curves a and b. FIG.
Bit line BL from the bit line control circuit 21 shown in FIG.
giving an electrical signal in m, by detecting the electric signals appearing in signal detecting circuit 22 to the bit line BL m, n rows and m
The information of the memory cell in the column can be read.

【0055】なお、この場合、n番目のワード線WLn
に接続された複数のメモリセルの情報を同時に読みだす
ことも可能である。
In this case, the n-th word line WL n
It is also possible to simultaneously read out information of a plurality of memory cells connected to the memory cell.

【0056】上記実施例によれば、図2に示すように、
全てのメモリセルのソース領域とチャネル領域に、共通
の電位が与えられている。このため、複数のメモリセル
のソース領域及びチャネル領域相互間を電気的に絶縁す
る必要がない。また、1群のワード線と1群のビット線
のみで、書込時と読出時の双方において特定のメモリセ
ルを選択することができる。このため、高集積化を図る
ことが容易である。
According to the above embodiment, as shown in FIG.
A common potential is applied to the source region and the channel region of all the memory cells. Therefore, there is no need to electrically insulate the source region and the channel region of the plurality of memory cells. In addition, a specific memory cell can be selected in both writing and reading with only one group of word lines and one group of bit lines. Therefore, it is easy to achieve high integration.

【0057】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フローティングゲート導電膜の基板表面への垂直投影像
と一方の不純物拡散領域とが一部において相互に重なる
構成としているため、制御ゲート電極と一方の不純物拡
散領域との間に印加した電圧のうち、フローティングゲ
ート導電膜と制御ゲート電極との間の強誘電体膜に印加
される電圧分を増加させることができる。このため、比
較的低い電圧で、強誘電体膜にその抗電圧以上の電圧を
印加することができる。
As described above, according to the present invention,
Since the vertical projection image of the floating gate conductive film on the substrate surface and the one impurity diffusion region partially overlap each other, of the voltages applied between the control gate electrode and the one impurity diffusion region, The voltage applied to the ferroelectric film between the floating gate conductive film and the control gate electrode can be increased. Therefore, a voltage higher than the coercive voltage can be applied to the ferroelectric film at a relatively low voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例によるMFMIS構造のトラン
ジスタの断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a transistor having an MFMIS structure according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すMFMIS構造のトランジスタ1つ
を1メモリセルとして使用した強誘電体メモリ装置の等
価回路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a ferroelectric memory device using one transistor of the MFMIS structure shown in FIG. 1 as one memory cell.

【図3】図2に示す強誘電体メモリ装置の書込処理を説
明するための、ワード線、ビット線及びメモリセルの模
式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a word line, a bit line, and a memory cell for describing a writing process of the ferroelectric memory device shown in FIG. 2;

【図4】図1に示すMFMIS構造のトランジスタの電
流電圧特性を示すグラフ、及び図2に示す強誘電体メモ
リ装置の読出処理を説明するための、ワード線、ビット
線及びメモリセルの模式図である。
4 is a graph showing current-voltage characteristics of the transistor having the MFMIS structure shown in FIG. 1, and a schematic diagram of word lines, bit lines, and memory cells for explaining a reading process of the ferroelectric memory device shown in FIG. It is.

【図5】従来例によるMFMIS構造のトランジスタの
断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a transistor having an MFMIS structure according to a conventional example.

【図6】図5に示すMFMIS構造のトランジスタ1つ
を1メモリセルとして使用した強誘電体メモリ装置の等
価回路図である。
6 is an equivalent circuit diagram of a ferroelectric memory device using one transistor having the MFMIS structure shown in FIG. 5 as one memory cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、100 シリコン基板 2、101 チャネル領域 3S、102S ソース領域 3D、102D ドレイン領域 4、103 ゲート絶縁膜 5、104 フローティングゲート導電膜 6、105 強誘電体膜 7、106 制御ゲート電極 10 ゲート積層構造 20、110 ワード線制御回路 21、111 ビット線制御回路 22、112 信号検出回路 113 ソース線制御回路 WL ワード線 BL ビット線 SL ソース線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 100 Silicon substrate 2, 101 Channel region 3S, 102S Source region 3D, 102D Drain region 4, 103 Gate insulating film 5, 104 Floating gate conductive film 6, 105 Ferroelectric film 7, 106 Control gate electrode 10 Gate laminated structure 20, 110 Word line control circuit 21, 111 Bit line control circuit 22, 112 Signal detection circuit 113 Source line control circuit WL Word line BL Bit line SL Source line

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体表面層を有する基板と、 前記基板の半導体表面層の一部の領域上に形成され、基
板側から順にゲート絶縁膜、フローティングゲート導電
膜、強誘電体膜、及び制御ゲート電極が積層されたゲー
ト積層構造と、 前記基板の半導体表面層のうち前記ゲート積層構造の両
側の領域にそれぞれ形成された2つの不純物拡散領域で
あって、前記フローティングゲート導電膜の基板表面へ
の垂直投影像と一方の不純物拡散領域とが一部において
相互に重なるように配置された2つの不純物拡散領域と
を有し、 前記フローティングゲート導電膜と前記一方の不純物拡
散領域との間の静電容量をCFD、前記強誘電体膜の静電
容量すなわち前記制御ゲート電極と前記フローティング
ゲート導電膜との間の静電容量をCf としたとき、カッ
プリング比CFD/(CFD+Cf )が0.2以上になるよ
うに、前記強誘電体膜、前記ゲート絶縁膜、前記フロー
ティングゲート導電膜、及び前記一方の不純物拡散領域
が構成されている強誘電体メモリセル。
1. A substrate having a semiconductor surface layer, and a gate insulating film, a floating gate conductive film, a ferroelectric film, and a control gate formed on a partial region of the semiconductor surface layer of the substrate in order from the substrate side. A gate lamination structure in which electrodes are laminated, and two impurity diffusion regions respectively formed in regions on both sides of the gate lamination structure in the semiconductor surface layer of the substrate, wherein A vertical projection image and one of the impurity diffusion regions, the two impurity diffusion regions being disposed so as to partially overlap each other; and an electrostatic capacitance between the floating gate conductive film and the one impurity diffusion region. When the capacitance is C FD and the capacitance of the ferroelectric film, that is, the capacitance between the control gate electrode and the floating gate conductive film is C f , The ferroelectric film, the gate insulating film, the floating gate conductive film, and the one impurity diffusion region are configured so that a ring ratio C FD / (C FD + C f ) becomes 0.2 or more. Ferroelectric memory cell.
【請求項2】 前記フローティングゲート導電膜の基板
表面への垂直投影像と他方の不純物拡散領域とが相互に
重なるように配置され、該垂直投影像と前記一方の拡散
領域との重なり部分の面積が、該垂直投影像と前記他方
の拡散領域との重なり部分の面積よりも大きい請求項1
に記載の強誘電体メモリセル。
2. The vertical projection image of the floating gate conductive film on the substrate surface and the other impurity diffusion region are arranged so as to overlap each other, and an area of an overlapping portion between the vertical projection image and the one diffusion region is provided. Is larger than the area of the overlapping portion between the vertical projection image and the other diffusion region.
3. The ferroelectric memory cell according to 1.
【請求項3】 半導体表面層を有する基板と、前記基板
の半導体表面層の一部の領域上に形成され、基板側から
順にゲート絶縁膜、フローティングゲート導電膜、強誘
電体膜、及び制御ゲート電極が積層されたゲート積層構
造と、前記基板の半導体表面層のうち前記ゲート積層構
造の両側の領域にそれぞれ形成された2つの不純物拡散
領域であって、前記フローティングゲート導電膜の基板
表面への垂直投影像と一方の不純物拡散領域とが一部に
おいて相互に重なるように配置された2つの不純物拡散
領域とを有する強誘電体メモリセルの、前記制御ゲート
電極と前記一方の不純物拡散領域との間に電圧を印加
し、前記強誘電体膜に残留分極を発生させることによ
り、書込処理を行う強誘電体メモリセルの駆動方法。
3. A substrate having a semiconductor surface layer, and a gate insulating film, a floating gate conductive film, a ferroelectric film, and a control gate formed on a partial region of the semiconductor surface layer of the substrate in order from the substrate side. A gate lamination structure in which electrodes are laminated, and two impurity diffusion regions respectively formed in regions on both sides of the gate lamination structure in the semiconductor surface layer of the substrate, wherein In a ferroelectric memory cell having a vertical projection image and two impurity diffusion regions arranged so that one impurity diffusion region partially overlaps with each other, the ferroelectric memory cell has a structure in which the control gate electrode and the one impurity diffusion region are A method of driving a ferroelectric memory cell in which a writing process is performed by applying a voltage therebetween to generate remanent polarization in the ferroelectric film.
【請求項4】 半導体表面層を有する基板と、前記基板
の半導体表面層の一部の領域上に形成され、基板側から
順にゲート絶縁膜、フローティングゲート導電膜、強誘
電体膜、及び制御ゲート電極が積層されたゲート積層構
造と、前記基板の半導体表面層のうち前記ゲート積層構
造の両側の領域にそれぞれ形成された2つの不純物拡散
領域であって、前記フローティングゲート導電膜の基板
表面への垂直投影像と一方の不純物拡散領域とが一部に
おいて相互に重なるように配置された2つの不純物拡散
領域とを有する強誘電体メモリセルが、該基板上に行列
状に配置されたメモリセル行列構造と、 前記メモリセル行列構造の行ごとに、各行に配置された
メモリセルの制御ゲート電極同士を接続するワード線
と、 前記メモリセル行列構造の列ごとに、各列に配置された
メモリセルの前記一方の不純物拡散領域同士を接続する
ビット線とを有する強誘電体メモリ装置。
4. A substrate having a semiconductor surface layer, and a gate insulating film, a floating gate conductive film, a ferroelectric film, and a control gate formed on a partial region of the semiconductor surface layer of the substrate in order from the substrate side. A gate lamination structure in which electrodes are laminated, and two impurity diffusion regions respectively formed in regions on both sides of the gate lamination structure in the semiconductor surface layer of the substrate, wherein A ferroelectric memory cell having a vertical projection image and two impurity diffusion regions arranged such that one of the impurity diffusion regions partially overlaps a memory cell matrix arranged in a matrix on the substrate A word line connecting the control gate electrodes of the memory cells arranged in each row to each of the rows of the memory cell matrix structure; The ferroelectric memory device having a bit line connected to the one of the impurity diffusion region between the memory cells arranged in each column.
【請求項5】 全ての前記メモリセルの2つの不純物拡
散領域に挟まれた半導体表面層の領域に、共通の電位が
与えられている請求項4に記載の強誘電体メモリ装置。
5. The ferroelectric memory device according to claim 4, wherein a common potential is applied to a region of the semiconductor surface layer sandwiched between the two impurity diffusion regions of all the memory cells.
【請求項6】 さらに、前記ワード線及びビット線に、
制御された電圧を印加する制御回路であって、前記ワー
ド線のうち選択されたワード線に印加される電圧を
W1、その他のワード線に印加される電圧をVW2、前記
ビット線のうち選択されたビット線に印加される電圧を
B1、その他のビット線に印加される電圧をVB2とした
とき、(VW1−VB1)の絶対値が、前記メモリセルの強
誘電体膜の自発分極の向きを変化させ得る大きさとな
り、(VW1−VB2)、(VW2−VB1)、及び(VW1−V
B2)の絶対値が、前記メモリセルの強誘電体膜の自発分
極の向きを変化させない大きさとなるように、前記ワー
ド線及びビット線に電圧を印加する制御回路を有する請
求項4または5に記載の強誘電体メモリ装置。
6. The word line and the bit line,
A control circuit for applying a controlled voltage, wherein a voltage applied to a selected word line among the word lines is V W1 , a voltage applied to other word lines is V W2 , When the voltage applied to the selected bit line is V B1 and the voltage applied to the other bit lines is V B2 , the absolute value of (V W1 −V B1 ) is equal to the ferroelectric film of the memory cell. (V W1 −V B2 ), (V W2 −V B1 ), and (V W1 −V
6. The control circuit according to claim 4, further comprising a control circuit for applying a voltage to the word line and the bit line such that the absolute value of B2 ) does not change the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric film of the memory cell. The ferroelectric memory device according to claim 1.
【請求項7】 前記メモリセルの強誘電体膜が第1の向
きに分極しているときに当該メモリセルが導通状態とな
るしきい値電圧が第1の電圧であり、該第1の向きとは
反対の第2の向きに分極しているときに当該メモリセル
が導通状態となるしきい値電圧が第2の電圧であり、 前記制御回路が、選択されたワード線に前記第1の電圧
と第2の電圧との中間の電圧を印加し、その他のワード
線に、メモリセルの強誘電体膜の分極の向きに依らずメ
モリセルを非導通状態とする電圧を印加し、 さらに、前記ビット線に現れる電気信号を検出する信号
検出回路を有する請求項6に記載の強誘電体メモリ装
置。
7. The first voltage is a threshold voltage at which the memory cell becomes conductive when the ferroelectric film of the memory cell is polarized in a first direction. The threshold voltage at which the memory cell becomes conductive when polarized in the second direction opposite to the second direction is the second voltage, and the control circuit supplies the first word to the selected word line. Applying a voltage intermediate between the voltage and the second voltage, and applying a voltage to the other word lines to render the memory cell non-conductive regardless of the direction of polarization of the ferroelectric film of the memory cell; 7. The ferroelectric memory device according to claim 6, further comprising a signal detection circuit for detecting an electric signal appearing on the bit line.
JP9253792A 1997-09-18 1997-09-18 Ferroelectric memory cell, method for driving the same and memory device Withdrawn JPH1197559A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9253792A JPH1197559A (en) 1997-09-18 1997-09-18 Ferroelectric memory cell, method for driving the same and memory device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9253792A JPH1197559A (en) 1997-09-18 1997-09-18 Ferroelectric memory cell, method for driving the same and memory device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1197559A true JPH1197559A (en) 1999-04-09

Family

ID=17256219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9253792A Withdrawn JPH1197559A (en) 1997-09-18 1997-09-18 Ferroelectric memory cell, method for driving the same and memory device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1197559A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6898105B2 (en) 2002-06-19 2005-05-24 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Ferroelectric non-volatile memory device having integral capacitor and gate electrode, and driving method of a ferroelectric non-volatile memory device
US7615813B2 (en) 2000-02-17 2009-11-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device using fuse/anti-fuse system
US20230223066A1 (en) * 2022-01-07 2023-07-13 Ferroelectric Memory Gmbh Memory cell and methods thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7615813B2 (en) 2000-02-17 2009-11-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device using fuse/anti-fuse system
US6898105B2 (en) 2002-06-19 2005-05-24 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Ferroelectric non-volatile memory device having integral capacitor and gate electrode, and driving method of a ferroelectric non-volatile memory device
US20230223066A1 (en) * 2022-01-07 2023-07-13 Ferroelectric Memory Gmbh Memory cell and methods thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4775849B2 (en) SEMICONDUCTOR ELEMENT, SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE USING SAME, DATA WRITE METHOD, DATA READ METHOD, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
US6898105B2 (en) Ferroelectric non-volatile memory device having integral capacitor and gate electrode, and driving method of a ferroelectric non-volatile memory device
KR100689842B1 (en) Memory devices employing ferroelectric layer as information storage elements and methods of fabricating the same
US5940705A (en) Methods of forming floating-gate FFRAM devices
US6841833B2 (en) 1T1R resistive memory
US7253464B2 (en) Junction-isolated depletion mode ferroelectric memory devices and systems
US7123503B2 (en) Writing to ferroelectric memory devices
US20100110753A1 (en) Ferroelectric Memory Cell Arrays and Method of Operating the Same
US10114590B1 (en) Methods for three-dimensional nonvolatile memory that include multi-portion word lines
JPH08335645A (en) Semiconductor device and its controlling method
KR20010030545A (en) Non-volatile memory
JPH0437170A (en) Manufacture of semiconductor device
KR100332511B1 (en) Ferroelectric memory device and its driving method
US10109680B1 (en) Methods and apparatus for three-dimensional nonvolatile memory
US7176509B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP3221854B2 (en) Semiconductor memory using ferroelectric layer
JPH1197559A (en) Ferroelectric memory cell, method for driving the same and memory device
KR100279299B1 (en) Nonvolatile Memory Device and Its Manufacturing Method
US20100123176A1 (en) Semiconductor memory device
US20180261766A1 (en) Methods and apparatus for three-dimensional nonvolatile memory
JP3210292B2 (en) Ferroelectric memory device and driving method thereof
JP3422442B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and method of using and manufacturing the same
JP2002016233A (en) Semiconductor memory and method of driving the same
JP2002324394A (en) Driving method for ferroelectric transistor type nonvolatile storage element
JPH06275841A (en) Nonvolatile semiconductor storage and its manufacture

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20041207